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• W119453609 abstract "RESUME L’emergence des micro-dispositifs implantables est une voie prometteuse pour le traitement de troubles neurologiques. Ces systemes biomedicaux ont ete exploites comme traitements non-conventionnels sur des patients chez qui les remedes habituels sont inefficaces. Les recents progres qui ont ete faits sur les interfaces neuronales directes ont permis aux chercheurs d’analyser l’activite EEG intracerebrale (icEEG) en temps reel pour des fins de traitements. Cette these presente un dispositif implantable a base de microsystemes pouvant capter efficacement des signaux neuronaux, detecter des crises d’epilepsie et y apporter un traitement afin de l’arreter. Les contributions principales presentees ici ont ete rapportees dans cinq articles scientifiques, publies ou acceptes pour publication dans les revues IEEE, et plusieurs autres tels que «Low Power Electronics» et «Emerging Technologies in Computing». Le microsysteme propose inclus un circuit integre (CI) a faible consommation energetique permettant la detection de crises d’epilepsie en temps reel. Cet CI comporte une pre-amplification initiale et un detecteur de crises d’epilepsie. Le pre-amplificateur est constitue d’une nouvelle topologie de stabilisateur d’hacheur reduisant le bruit et la puissance dissipee. Les CI fabriques ont ete testes sur des enregistrements d’icEEG provenant de sept patients epileptiques refractaires au traitement antiepileptique. Le delai moyen de la detection d’une crise est de 13,5 secondes, soit avant le debut des manifestations cliniques evidentes. La consommation totale d’energie mesuree de cette puce est de 51 μW. Un neurostimulateur a boucle fermee (NSBF), quant a lui, detecte automatiquement les crises en se basant sur les signaux icEEG captes par des electrodes intracrâniennes et permet une retroaction par une stimulation electrique au meme endroit afin d’interrompre ces crises. La puce de detection de crises et le stimulateur electrique a base sur FPGA ont ete assembles a des electrodes afin de completer la prothese proposee. Ce NSBF a ete valide en utilisant des enregistrements d’icEEG de dix patients souffrant d’epilepsie refractaire. Les resultats revelent une performance excellente pour la detection precoce de crises et pour l’auto-declenchement subsequent d’une stimulation electrique. La consommation energetique totale du NSBF est de 16 mW. Une autre alternative a la stimulation electrique est l’injection locale de medicaments, un traitement prometteur de l’epilepsie. Un systeme local de livraison de medicament base sur un nouveau detecteur asynchrone des crises est presente.----------ABSTRACT Emerging implantable microdevices hold great promise for the treatment of patients with neurological conditions. These biomedical systems have been exploited as unconventional treatment for the conventionally untreatable patients. Recent progress in brain-machine-interface activities has led the researchers to analyze the intracerebral EEG (icEEG) recording in real-time and deliver subsequent treatments. We present in this thesis a long-term safe and reliable low-power microsystem-based implantable device to perform efficient neural signal recording, seizure detection and subsequent treatment for epilepsy. The main contributions presented in this thesis are reported in five journal manuscripts, published or accepted for publication in IEEE Journals, and many others such as Low Power Electronics, and Emerging Technologies in Computing. The proposed microsystem includes a low-power integrated circuit (IC) intended for real-time epileptic seizure detection. This IC integrates a front-end preamplifier and epileptic seizure detector. The preamplifier is based on a new chopper stabilizer topology that reduces noise and power dissipation. The fabricated IC was tested using icEEG recordings from seven patients with drug-resistant epilepsy. The average seizure detection delay was 13.5 sec, well before the onset of clinical manifestations. The measured total power consumption of this chip is 51 µW. A closed-loop neurostimulator (CLNS) is next introduced, which is dedicated to automatically detect seizure based on icEEG recordings from intracranial electrode contacts and provide an electrical stimulation feedback to the same contacts in order to disrupt these seizures. The seizure detector chip and a dedicated FPGA-based electrical stimulator were assembled together with common recording electrodes to complete the proposed prosthesis. This CLNS was validated offline using recording from ten patients with refractory epilepsy, and showed excellent performance for early detection of seizures and subsequent self-triggering electrical stimulation. Total power consumption of the CLNS is 16 mW. Alternatively, focal drug injection is the promising treatment for epilepsy. A responsive focal drug delivery system based on a new asynchronous seizure detector is also presented. The later system with data-dependent computation reduces up to 49% power consumption compared to the previous synchronous neurostimulator." @default.
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